桥梁设计关键技术问题分析

摘要：在现代桥梁设计中，大跨连续刚构桥作为桥梁设计人员首选桥梁类型，致使该类桥梁质量面临严峻考验，如虎门大桥因对桥梁应力与荷载力判断力度不足，出现主梁拉裂状况；长江大桥使用阶段主梁挠度过度状况，因此需要对桥梁安全与耐久性进行有效控制。文章对桥梁设计关键技术问题进行了分析。

关键词：大跨连续刚构桥；桥梁设计；技术分析；线性控制；应力控制 文献标识码：A

中图分类号：U445 文章编号：1009-2374（2017）03-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.03.040

1 大跨连续刚构桥桥梁设计常见问题

刚构桥起源于20世纪50年代，随着施工材料、施工工艺与计算手段的优化，促使大跨连续刚构桥出现在人们视野中。大跨连续刚构桥在高桥墩和大跨径的地质环境中较为常见，其优势在于可通过墩梁基础三点共同受力的方式，对桥梁整体结构受力问题进行有效控制。在优点凸显的过程中，缺点也会随之显露，下文主要针对大跨连续刚构桥桥梁设计问题进行详细阐述。

1.1 分孔比例

针对大跨连续刚构桥其边跨、中跨比例的确定，桥梁整体布局和自然条件应协调，对梁体内力合理分布。目前，国内已投入使用的大跨连续刚构桥边跨和中跨比例在0.5～0.692范围，而美国HOUST刚构桥边中跨比例为0.5，仅有少部分连续刚构桥比例在0.6以上。据相关理论研究结果显示，当大跨连续刚构桥边跨和中跨比例在0.54～0.56间，可能会引起边墩合拢边跨问题。

1.2 截面

在大跨连续刚构桥建设期间，一般采用箱形作为截面形式，而箱形截面顶部宽度若在22m以内，可选用单箱单室；若宽度在22m以上，可采用上下分离箱室。与此同时，在进行大跨连续刚构桥顶板厚度选择中，其厚度标准为0.25～0.28m；而底板厚度最小却为0.32m，仅在特殊情况下，桥梁底板厚度为0.28m/0.25m。

1.3 温度内力

在避免大跨连续刚构桥梁墩固结的问题出现，对其温度内力实施控制，具体措施如下：首先，降低桥墩抗推刚度。从理论学的角度，桥墩抗推刚度、温度内力是正比，若因桥梁墩身不足，可以选择柔性桩基方式，将其抗推刚度控制在最小范围内；其次，对桥梁总长的限制。随着桥梁建设水平的提升，促使大跨联系钢构桥总长得到有效增加，目前国内最长刚构桥长度为1060m；最后，合拢温度。采用悬臂式浇筑法，在梁段浇筑工作结束后，实施大跨连续刚构桥主梁合拢工作，其具体包含中跨合拢、边跨合拢两项内容，合拢工作应在梁段浇筑后标准温度内完成。

1.4 通航防撞

针对江河或海峡等条件下的大跨连续刚构桥建设，其双薄壁桥墩应避免与船舶撞击力相接触，通过人工防撞岛、防撞设施和分离防撞岛的建设，减缓船舶撞

击力。

1.5 结构分析

大跨连续刚构桥主桥结构设计中，采用桥梁纵向计算、内力计算和墩身结构影响等方面进行分析：首先，桥梁纵向计算。依据大跨连续刚构桥实际特点、阶段分解等原则，实现节点与单元的合理划分，其桥梁荷载应包含荷载和活载、汽车制动力与温度荷载、风力以及支座摩擦力等内容，通过对桥梁结构内力、应力与位移的计算，加之混凝土浇筑与挂篮就位、预应力张拉等环节的运用，确保桥梁纵向计算结果的准確度；其次，桥梁内力计算。主要依据弹性支承平面框架原理，实施科学计算工作，而汽车荷载纵向标准需以温度、预应力为前提，因此桥梁温度与预应力要进行综合考量；最后，墩身结构影响。由于大跨连续刚构桥墩梁固结受到温度、混凝土收缩力与汽车制动力的影响，加之桥梁多数处于大型峡谷附近，因峡谷风效应的制约，对于桥梁稳定与抵抗强度有着更为严格的规定，用以实现对风荷载的

控制。

2 大跨连续刚构桥桥梁设计关键技术

2.1 线性控制

依据MIDAS 6.7.1完成大跨连续刚构桥结构分析模型建立，用以完成桥梁建设期间数据计算与分析工作。在本桥梁工程中，模型创建过程中，设置212个单元、218个节点；其中1-180单元为大跨连续刚构桥主梁单元、181-212单元为大跨连续刚构桥桥墩单元，而主梁、桥墩间选用梁单元作为模拟量，结合刚壁连接的使用，合理控制大跨连续刚构桥主梁和桥墩间横向自由度、竖向自由度以及扭转自由度，同时结合桥梁参数、设计工序等条件，对桥梁成型状态进行确定，通过对计算公式的运用，判断不同状态下桥梁结构变形量与受力问题。在桥梁模型确定后，依据预应力钢绞线参数、特性等因素，结合国标GB/T 5224-2003标准，选用松弛度低、强度高、抗拉力为1864兆帕、弹性模量为195000兆帕的预应力钢绞线，其预应力受损参数如表1所示，而桥梁主梁、桥墩材料和截面性质如表2所示。在表1中，可知预应力受损参数均相对较低，可知在本次工程中，可忽视预应力受损问题对桥梁设计关键技术的影响；而表2中对主梁、墩身各项参数进行严格控制，是实现对大跨连续桥设计关键技术的有效保障。

2.2 应力控制

首先，大跨连续刚构桥应力控制原理为依据桥梁实际应力值，结合应变规律，以弹性模量为参考，对桥梁预应力进行合理运算。在该桥梁工程中，材料弹性模量为1.96×106Pa，同时混凝土材质其弹性模量，会随着使用年限的增加而有所变化，即混凝土材料具有较强的时效性；其次，应力控制原因与标准。通过对大跨连续刚构桥箱梁预应力钢束与自重的测量，并以此测量结果为对比参考数据，对后期桥梁建设项目的开展提供数据参考，从而更好地判断桥梁性能与质量是否处于标准范围；最后，设备选择。针对大跨连续刚构桥应力设计工作中，常见设备为综合测试仪（型号：JMZX-002、精度：0.1%±0.1Hz）、便携式红外测温仪（型号：MS、精度：1%±1℃）、温度传感器（型号：JMT-26B、分辨率：0.5℃）和智能弦式数码应变计（型号：JMZX-215AT、灵敏度：1με）、表面贴智能弦式数码应变计（型号：JMZX-212T、灵敏度：1με），同时其测量温度也应控制在-5℃～+5℃。

3 结语

从上文阐述可知，大跨连续刚构桥中因分孔比例、截面、温度内力、通航防撞、结构分析等因素，导致桥梁设计过程出现各类问题。因此要做好大跨连续刚构桥设计工作，则需充分对影响因素进行分析，结合线性控制与应力控制等关键技术的运用。

参考文献

[1] 李城，邬晓光，肖飞，等.高墩大跨连续刚构桥线

形控制关键技术研究[J].四川理工学院学报（自然科

学版），2014，27（2）.

[2] 高志刚.大跨度连续刚构桥梁施工控制关键问题的分

析[J].山西建筑，2014，（20）.

[3] 王岩松.高墩大跨连续刚构桥施工中的关键技术研究

[J].交通标准化，2013，（17）.

作者简介：杨舟（1981-），男，陕西西安人，中设设计集团股份有限公司工程师，研究方向：桥梁设计管理。

（责任编辑：王 波）